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* Este artículo presenta los resultados del proyecto de innovación y desarrollo tecnológico titulado “Diseño de una cosechadora de papa (Solanum tuberosum) para reducir los 
tiempos y costos de los procesos agrícolas en el departamento de Nariño”, desarrollado en el SENA, Centro Internacional de Producción Limpia Lope, San Juan de Pasto, 
departamento de Nariño, Colombia, en la vigencia 2017. 
Vol. 12 (1) enero – junio del 2022 
https://doi.org/10.21789/22561498.1779 ARTÍCULO DE INVESTIGACIÓN 
Diseño de máquina para mejorar el proceso de cosecha de 
papa en Nariño, Colombia* 
Design of a Machine to Improve the Potato Harvesting Process in Nariño, Colombia 
 
Cédric Jacques Duquesne Malsergent ac, Óscar Germán Ramos Ordóñez ad, Paola Carolina Vallejo Benítez be 
a Grupo de Investigación LOPEINVESTIGACIONES, Centro Internacional de Producción Limpia Lope, Servicio Nacional de Aprendizaje (SENA), Colombia 
b Área de Gestión de Mercados, Centro Sur Colombiano de Logística Internacional, Servicio Nacional de Aprendizaje (SENA), Colombia 
c ced.duquesne@miSENA.edu.co | https://orcid.org/0000-0003-0622-0218 
d oramoso@SENA.edu.co | https://orcid.org/0000-0003-4963-8972 
d pcvallejo@miSENA.edu.co | https://orcid.org/0000-0001-6512-5427 
 
 
 
 
Citation: Duquesne Malsergent, C. J., 
Ramos Ordóñez, O. G. y Vallejo Benítez, P. 
C. (2022). Diseño de máquina para mejo-
rar el proceso de cosecha de papa en 
Nariño, Colombia. Mutis, 12(1). 
https://doi.org/10.21789/22561498.1779 
 
Recibido: 1 de julio de 2021 
Aceptado: 15 de septiembre de 2021 
 
 
Copyright: © 2022 por los autores. 
Licenciado para Mutis. Este artículo es un 
artículo de acceso abierto distribuido bajo 
los términos y condiciones de la licencia 
Creative Commons Attribution (https:// 
https://creativecommons.org/licenses/by-
nc-sa/4.0/). 
 
 
RESUMEN 
Dentro del proceso de producción de papa (Solanum tuberosum), las etapas 
de cosecha y clasificación son las que requieren mayor mano de obra. El producto, 
después de salir del suelo, debe estar protegido del sol para evitar su deterioro y 
posterior pudrición, lo que conlleva la necesidad de realizar el proceso en el menor 
tiempo posible. La topología montañosa de Nariño impide el uso de maquinaria pesa-
da. Además, su adquisición no se justifica para los pequeños terrenos que poseen la 
mayoría de los productores del departamento. Por estas razones, la producción de 
papa carece de asistencia técnica y de maquinaria adaptada, con lo cual se reduce su 
rentabilidad y sostenibilidad, por la alta necesidad de jornales y la pérdida del produc-
to por deterioro. El propósito del proyecto es el de proponer un diseño de detalle —
incluyendo planos de manufactura— de una máquina adaptada a las condiciones y 
necesidades de los cultivos de papa de Nariño, que permita mejorar la eficacia del 
proceso de cosecha y sea puesta a disposición de la comunidad productiva y acadé-
mica para que puedan aprovechar sus beneficios. Para lograrlo, se aplicó la metodo-
logía de diseño de producto en contexto. El diseño se realizó aprovechando las 
competencias de los aprendices del SENA, que participaron como coinvestigadores y 
pudieron aplicar las competencias adquiridas en un contexto práctico como parte de 
su proceso formativo. La solución propuesta se diseñó de tal manera que se pueda 
fabricar localmente con materiales accesibles por los productores. 
 
Palabras clave: agroindustria, desarrollo tecnológico, diseño mecánico, Solanum 
Tuberosum, tecnificación 
ABSTRACT 
 
Within the potato (Solanum tuberosum) production process, harvesting and 
classification stages require the most labor because the product, after leaving the 
ground, must be protected from the sun to avoid its deterioration and subsequent 
rotting. These stages entail the need to conduct the process in the shortest possible 
Duquesne Malsergent, C. J., Ramos Ordóñez, O. G. y Vallejo Benítez, P. C. (2022). https://doi.org/10.21789/22561498.1779 
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time. Unfortunately, the mountainous topology of the Nariño department, in Colom-
bia, prevents the use of heavy machinery. Furthermore, its acquisition is not justified 
for the small plots owned by the majority of the department's producers. For these 
reasons, potato production lacks technical assistance and adapted machinery, and its 
profitability and sustainability are reduced due to the high need for wages and prod-
uct loss due to deterioration. The purpose of this project is to propose a detailed 
design —including manufacturing plans— of a machine adapted to the conditions and 
needs of the potato crops in Nariño. Such machine will improve the efficiency of the 
harvesting process and will be made available to the productive and academic com-
munity, so that they can take advantage of its benefits. To achieve this, the method-
ology of product design in context was applied. The design was made taking 
advantage of the skills of the National Learning Service (SENA) apprentices, who partic-
ipated as co-researchers and were able to apply the skills acquired in a practical con-
text as part of their training process. The proposed solution was designed in such a 
way that it can be manufactured locally with materials accessible to producers. 
 
Keywords: alginate, seed preservation, gelling agents, Orchidaceae, synthetic seeds. 
INTRODUCCIÓN 
 
La importancia de la papa (Solanum tuberosum) reside, por una parte, en su 
lugar en la dieta mundial, con más de 246 millones de toneladas consumidas anual-
mente, lo que la hace uno de los cultivos alimenticios más valiosos del mundo para el 
consumo humano, debido a su propiedades nutricionales y a su versatilidad en gas-
tronomía; y, por otra parte, a su posición en el mercado mundial, con una producción 
mundial que supera los 373 millones de toneladas al año, con una superficie total de 
cultivo de 17 millones de hectáreas; América del Sur representa cerca del 5 % de esta 
producción (Organización de las Naciones Unidas para la Alimentación y la Agricultura 
[FAO], 2017). 
 
El uso de la papa no se limita a la alimentación humana, sino que también se 
utiliza para la alimentación del ganado, y su almidón se aprovecha en las industrias 
farmacéutica, textil, de la madera, del papel, como adhesivo, aglutinante, texturizado 
y relleno, y por las compañías que perforan pozos petroleros, para lavarlos. El 
almidón de papa es un sustituto 100 % biodegradable del poliestireno y se puede 
licuar para obtener etanol (FAO, 2008). 
 
Según cifras del Consejo Nacional de la Papa en Colombia, en 2015 se produ-
jeron 2.696.660 toneladas de papa en el país, lo que representa cerca del 20 % de la 
producción del continente latinoamericano. Igualmente, 90.000 agricultores colom-
bianos se vinculan directamente a la producción de papa, el 95 % de ellos son peque-
ños productores que siembran menos de tres hectáreas. Otras 400.000 familias 
dependen indirectamente del cultivo de la papa a través de actividades relacionadas 
como el comercio de semillas, los agroinsumos, el transporte terrestre y la comercia-
lización (Corpoica, 2014). Según el Ministerio de Agricultura y Desarrollo Rural (2018), 
los principales departamentos productores de papa son Cundinamarca, Boyacá, Nari-
ño, Antioquia y Santander, que contribuyen con el 90 % de la producción total 
nacional. 
 
 
 
 
Duquesne Malsergent, C. J., Ramos Ordóñez, O. G. y Vallejo Benítez, P. C. (2022). https://doi.org/10.21789/22561498.1779 
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En Nariño, la producción de papa es la actividad agropecuaria que genera 
más ingresos y empleo: 25.000 familias viven exclusivamente de esta actividad, con 
terrenos que pasan de generación en generación (Corpoica, 2014). El área sembrada 
total en Nariño es de 23.600 hectáreas,sobre la cual se producen 514.020 toneladas, 
con un rendimiento de 21,42 toneladas por hectárea. Entre el 2010 y el 2015, Nariño 
fue el departamento con el menor crecimiento de la productividad, con un 5,72 % 
(Consejo Nacional de la Papa en Colombia, 2015). 
 
Como se menciona en el Informe de gestión anual de Fedepapa (2015), el 
cultivo de la papa presenta una gran heterogeneidad en las tecnologías usadas y en 
los tipos y sistemas de producción; algo que se manifiesta principalmente en la varia-
ción de los costos unitarios de producción y los rendimientos agronómicos. Entre 
estos, se pueden establecer dos sistemas de producción diferenciados: el tradicional y 
el tecnificado. El tradicional es localizado generalmente en laderas, por lo que es 
escasamente mecanizable y es practicado por pequeños productores, que represen-
tan el 80 % del sector papero del departamento, con menos de tres hectáreas de 
terreno cultivable (Gobernación de Nariño, 2019). El tecnificado se concentra en 
zonas de producción de topografía plana y es practicado por grandes productores que 
cuentan con los recursos necesarios; este sistema es más intensivo en mecanización, 
utiliza semilla de buena calidad y recibe asistencia técnica. 
 
Es pertinente señalar que los pequeños productores están particularmente 
afectados por los cambios climáticos, las fluctuaciones del mercado, la dificultad de 
conseguir mano de obra y los nuevos retos planteados por el posconflicto. Ellos no 
cuentan con los conocimientos ni los recursos para adquirir y manejar por sí mismos 
las herramientas tecnológicas necesarias para mejorar el rendimiento de sus terre-
nos, sus ganancias, su sostenibilidad financiera y reducir su impacto ambiental, o para 
aportar valor agregado a su producto, reducir la necesidad de intermediarios y adap-
tarse a las nuevas condiciones del entorno a las cuales están sometidos. 
 
Nariño es un territorio de 33.268 km2, ubicado al suroccidente de Colombia. 
Limita por el norte con el departamento del Cauca, por el este con el departamento 
del Putumayo, por el sur con la República del Ecuador y por el oeste con el océano 
Pacífico. En él confluyen el Pacífico, el piedemonte de la Amazonía, los Andes y la 
frontera internacional de Colombia con Suramérica. Según estimaciones del Depar-
tamento Administrativo Nacional de Estadística (DANE, 2020), la población total del 
departamento en 2018 fue de 1.630.592 habitantes. 
 
Según estimaciones del Observatorio Colombiano de Ciencia y Tecnología 
(OCyT, 2019), en Nariño 418 personas participan en procesos de innovación y desa-
rrollo tecnológico, lo que representa menos del 0,8  % del personal que participa en 
estas actividades en el país. Con miras a avanzar en una estrategia que modernice el 
aparato productivo del departamento, se han realizado esfuerzos de articulación 
entre el sector productivo y las entidades generadoras de conocimiento a través del 
Consejo Departamental de Ciencia, Tecnología e Innovación (CODECTI), la Comisión 
Regional de Competitividad y el Comité Universidad Empresa Estado. Según el Plan 
Estratégico de Ciencia, Tecnología e Innovación del Sector Agropecuario 2017-2027, 
Colombia tiene acceso al Comité de Política Científica y Tecnológica y al Comité de 
Agricultura en el marco de su ingreso a la Organización para la Cooperación y el Desa-
rrollo Económicos (OCDE), lo cual apoya la necesidad de aplicar las políticas de 
desarrollo tecnológico que promueve este organismo internacional (Corpoica, 2016). 
Si bien la acción interinstitucional para la articulación de los sectores productivo y 
generadores de conocimiento ha tenido una continuidad manifiesta en los últimos 
Duquesne Malsergent, C. J., Ramos Ordóñez, O. G. y Vallejo Benítez, P. C. (2022). https://doi.org/10.21789/22561498.1779 
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años, a través de los órganos de coordinación que establece la Ley 1286 de 2009, su 
incidencia en el desarrollo regional es aún precaria, así la capacidad de científicos se 
haya ido incrementando progresivamente en el departamento. 
 
Uno de los objetivos del Plan Regional de Competitividad 2010-2032 es el de 
“fortalecer el proceso de transformación productiva con base en el desarrollo científi-
co, tecnológico y la innovación para dar valor agregado a nuestros productos y servi-
cios y mejorar el desarrollo productivo de Nariño” (Comisión Regional de 
Competitividad de Nariño, 2009). En este mismo plan se prioriza la cadena de la papa 
dentro del sector productivo agropecuario del departamento, al igual que en el 
CONPES 3811 de 2014 (Departamento Nacional de Planeación [DNP], 2014). Adicio-
nalmente, el Plan Estratégico de Ciencia, Tecnología e Innovación de la Gobernación 
de Nariño, elaborado en 2012, reporta las demandas de investigación en varios culti-
vos, incluyendo en particular el de la papa. 
 
Según el Plan Estratégico de Ciencia, Tecnología e Innovación del Sector 
Agropecuario Colombiano del Departamento de Nariño - 2017, la papa es el producto 
más importante de la región andina del departamento en términos de producción, 
con un rendimiento promedio de 15,9 toneladas por hectárea, contra 18,7 toneladas 
por hectáreas a nivel nacional (Corpoica, 2017). La papa se produce en 50 % de los 
municipios de Nariño; los más importantes son Tuquerres, Pasto, Ospina, Pupiales, 
Sapuyes, Ipiales, Gualmatan y Cuaspud (Gobernación de Nariño, 2019). Según lo in-
formado en el Plan Departamental de Extensión Agropecuaria de Nariño (PDEA - 
Nariño), de la Gobernación, “la producción es de tipo tradicional, con escasa innova-
ción y adopción de nuevas tecnologías; el apoyo institucional es deficiente”. 
 
En Colombia, las zonas de producción de papa se sitúan entre los 2000 y los 
3500 m. s. n. m., porque su cultivo se beneficia del clima frío tropical (DANE, 2017). 
Según la Unidad de Planificación Rural Agropecuaria (UPRA, 2016), en las cordilleras de 
Nariño los cultivos de papa se presentan en altitudes desde los 2700 m. s. n. m., en 
áreas poco inclinadas con siembras mecanizadas, hasta los 3500 m. s. n. m., en que-
bradas con pendientes de difícil acceso, donde pequeños agricultores practican un 
sistema de cultivo ancestral como el guachado. 
 
Al rendimiento limitado de la producción tradicional practicada por la mayo-
ría de productores de Nariño, se agrega el hecho de que los supermercados o tiendas 
de cadena compran la papa de otras regiones. Esto sucede porque el departamento 
no prepara el producto como lo piden o exigen dichas tiendas. Inclusive la misma 
papa local es llevada al mercado mayorista, cuya sede principal es Corabastos, donde 
la compran, lavan y es enviada nuevamente a nuestros municipios para la venta. Ese 
valor agregado no es generado por los mismos productores, lo que representa una 
pérdida de ganancia para ellos. 
 
Otra problemática que limita la tecnificación de su producción es la dificultad 
para realizar la transferencia de nuevas tecnologías a los productores, por su nivel de 
escolaridad, la falta de seguimiento y la fuerza de sus costumbres, que en ocasiones 
los hace reacios al cambio. Con el desarrollo de este proyecto se pretende brindar 
una solución tecnológica que beneficie al sector agrícola: el diseño de una máquina 
accesible para todos los productores, con un bajo costo y el uso de recursos disponi-
bles localmente. Se busca así el mejoramiento de la producción, más rápida y con 
menor necesidad de mano de obra, a fin de obtener una mayor rentabilidad y compe-
titividad para los agricultores del departamento. 
Duquesne Malsergent, C. J., Ramos Ordóñez, O. G. y Vallejo Benítez, P. C. (2022). https://doi.org/10.21789/22561498.1779 
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Materiales y métodos 
 
El presente trabajo se efectuó bajo los lineamientosde proyectos de desa-
rrollo tecnológico, basados en una metodología de diseño y desarrollo de productos 
en contexto con la aplicación de la estrategia PLM (Product Lifecycle Management), 
que permite la planeación, ejecución, sistemas de control y seguimiento, y evaluación 
de las diferentes fases. La estrategia integra una serie de competencias a través de un 
enfoque interdisciplinario; en concreto, se ponen en práctica las competencias adqui-
ridas de los aprendices en los diversos programas de formación del SENA participan-
tes en la ejecución del proyecto. 
 
Se comenzó con la planeación del proyecto (figura 1): se formuló la defini-
ción de parámetros, el espacio por utilizar y la investigación de equipos y talento 
humano necesarios para cada actividad por desarrollar. En la implementación del 
proyecto se efectuó un diseño detallado, que contiene cálculos, bocetos en 2D, mo-
delamiento y ensamble en 3D, simulaciones de funcionamiento y planos taller del 
producto. En los procesos de seguimiento y control se emplearon formatos que per-
miten un manejo eficiente de la ejecución de cada actividad planeada, con un respal-
do desde el estudio de riesgos posibles y soluciones efectivas a cada potencial 
problema. Para la evaluación del proyecto, se ha manejado una documentación com-
pleta de las diferentes fases realizadas, y se han validado los resultados esperados, 
que garanticen eficiencia, menor tiempo en la ejecución de los procesos, mayor pro-
ductividad y la optimización de los procesos de producción y gestión. 
 
Figura 1. Metodología del proyecto de diseño de cosechadora de papa 
 
 
 Fuente: Autores. 
Duquesne Malsergent, C. J., Ramos Ordóñez, O. G. y Vallejo Benítez, P. C. (2022). https://doi.org/10.21789/22561498.1779 
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Todo lo anterior derivó en la consolidación de parámetros de funcionali-
dad que impacten el sector productivo y permitan la creación de nuevas empresas 
que apoyen el desarrollo económico del departamento. La información tratada 
para definir los requerimientos de diseño fue primaria y secundaria, con recolec-
ción de información mediante observación, encuestas, uso de bases de datos técni-
cas y científicas y documentos elaborados en trabajos de investigación anteriores 
relacionados. Para definir los conceptos por aplicar en la ejecución del proyecto, se 
consultaron referencias bibliográficas en los diferentes idiomas disponibles, para 
finalmente abordarlos en el marco conceptual del documento del proyecto. 
Resultados 
Antes de proponer soluciones técnicas a la problemática planteada, se de-
ben definir las necesidades que debe cumplir el producto, las condiciones de traba-
jo y las expectativas de los beneficiarios, para asegurar la pertinencia de la solución 
propuesta. De no hacerlo, se corre el riesgo de desarrollar el proyecto en vano, sin 
alcanzar los objetivos formulados. Para definir las necesidades y especificaciones 
técnicas del producto, la primera etapa fue realizar un levantamiento de campo 
con los expertos del área de la producción de Solanum tuberosum, a fin de recolec-
tar las informaciones detalladas del proceso de cosecha de la papa, con sus condi-
ciones intrínsecas, sus limitaciones, sus requerimientos y la situación geográfica 
específica de la región objeto del proyecto. 
 
La máquina cosechadora de papa se diseñó en el Centro Internacional de 
Producción Limpia - Lope del SENA, que cuenta con tres sectores: comercial, agro-
pecuario y agroindustrial. El sector agropecuario de la finca Lope tiene 82 Ha, sobre 
los cuales se practican varios cultivos dedicados a la formación técnica y tecnológi-
ca de los aprendices, entre los cuales 3000 m2 son de cultivo de papa, como se 
observa en la figura 2; cuenta además con instructores altamente calificados y 
expertos en el tema. Lo anterior brinda condiciones ideales para definir los reque-
rimientos de diseño de la máquina, efectuar el seguimiento del proyecto y asegurar 
su pertinencia. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Duquesne Malsergent, C. J., Ramos Ordóñez, O. G. y Vallejo Benítez, P. C. (2022). https://doi.org/10.21789/22561498.1779 
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Figura 2. Cultivo de papa en la finca Lope 
 
 
 
Fuente: Autores. 
 A partir de las entrevistas realizadas a productores en el centro de investi-
gaciones de Corpoica, en Obonuco, y a los instructores del área agropecuaria del 
Centro Internacional de Producción Limpia - Lope, en Pasto, se pudieron recolectar 
datos importantes para el diseño y examinar una cosechadora de papa convencio-
nal utilizada con tractor (figura 3). 
 
Figura 3. Cosechadora de papa de Corpoica 
 
Fuente: Autores. 
 La cosecha se puede realizar cada seis meses, aunque generalmente solo 
se hace una vez al año y debe darse en un momento preciso, que depende del 
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estado de la papa, del clima y de los precios en el mercado. Muchas veces se debe 
hacer con un terreno mojado, lo cual vuelve la tierra más densa y puede dificultar 
el uso de maquinaria con rodillos y banda transportadora. La clasificación de la 
papa en función del tamaño se hace en el sitio en el momento de la cosecha, para 
ahorrar tiempo y evitar que la papa se dañe al estar expuesta a los elementos. Al 
sacar la papa del surco, la máquina debe quedar encima de la tierra para efectuar 
el proceso. 
 
En promedio, se pueden llenar 500 bultos de papa por hectárea cosecha-
da. Haciendo el proceso a mano, se pueden recoger hasta 10 bultos por día por 
persona, en función del terreno, lo cual implica un trabajo en equipo de 25 perso-
nas durante dos días para cosechar una hectárea, y da lugar a costos importantes. 
Contratando menos jornales, la cosecha se puede realizar en más tiempo, pero con 
el riesgo de perder el momento correcto para la cosecha y de exponerse a un cam-
bio repentino del clima. El objetivo de la máquina cosechadora es el de desarrollar 
este proceso en un solo día, requiriendo una persona para operarla y alrededor de 
cuatro personas para recolectar y clasificar, a medida que se va sacando el produc-
to del surco. 
 
Los terrenos más abruptos en Nariño para los cultivos de papa pueden lle-
gar hasta una pendiente del 20 %. Los surcos para el cultivo de papa tienen un an-
cho promedio de 90 cm y una altura de 40 cm; la papa llega a una profundidad 
máxima de 20 cm desde la cresta del surco y se reparte sobre un ancho de alrede-
dor de 20 cm. 
 
A partir de las informaciones obtenidas y del estudio de las máquinas exis-
tentes y disponibles en la región, que se pudieron observar en el SENA y en 
Corpoica, se realizaron diseños conceptuales preliminares en forma de bocetos de 
diferentes soluciones posibles. Al cabo de esta etapa, se retuvo una solución mecá-
nica motorizada utilizando el tren motor de tipo motocultor, al cual se acopla una 
cuchilla para cortar el surco y un sistema de tamizaje por vibraciones para extraer y 
separar la papa de la tierra, dejándola en la superficie del surco cortado, lista para 
ser clasificada y empacada. La solución propuesta integra también un sistema de 
vibración para la cuchilla, a fin de permitir el corte correcto del surco y evitar el 
atascamiento por acumulación de tierra, y el ajuste posible de la altura de 
ataque de la cuchilla en función del surco para asegurarse de no dañar la papa al 
momento de cosecharla. 
 
Después de elaborar las propuestas en bocetos, se estructuraron en 3D va-
rios y sencillos diseños CAD (Computer-Aided Design), con el propósito de poder 
visualizary analizar más en detalle los diferentes mecanismos de la máquina, hacer 
los cálculos y dimensionar sus elementos (figura 4). 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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Figura 4. Diseño 3D preliminar 
 
 
 
 
Fuente: Autores. 
 Tomando como referencia los motocultores utilizados en los terrenos em-
pinados de la región y teniendo en cuenta la masa de tierra húmeda que tendrá 
que ser desplazada por la máquina para extraer la papa del surco, se escogió el uso 
de un motor diésel de 14 HP y 1800 RPM, de 53 kg de motocultor. La transmisión 
que permite la propulsión de la máquina se compone del diferencial, del embrague, 
de la caja de cambios y de las llantas delanteras. Para nuestra máquina, escogimos 
una transmisión de motocultor de 8 velocidades, de 200 kg, 20 cm de alto con un 
ancho de vía de 100 cm, adaptado al tamaño de los surcos de cultivo de papa 
(figura 5). 
 
Figura 5. Tren motor con transmisión 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Fuente: Autores. 
 Para los movimientos de vibración, se optó por el uso de un mecanismo de 
biela manivela para realizar los movimientos de atrás hacia delante de la cuchilla y 
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del tamiz. Inicialmente, la transmisión entre el motor y el mecanismo de biela ma-
nivela se había previsto mediante el uso de poleas con correas, por razones eco-
nómicas; sin embargo, las condiciones exteriores difíciles durante la cosecha, la 
presencia de tierra que puede estar húmeda y las vibraciones podrían hacer patinar 
o incluso saltar las correas y, por lo tanto, reducir la confiabilidad del sistema, impi-
diendo el correcto movimiento del sistema de cuchilla. Por lo anterior, se optó por 
una transmisión con engranes, piñones y cadenas desde la toma de fuerza del mo-
tocultor. 
 
La cuchilla (figura 6) tiene un ancho de 86 cm, que permite abarcar el sur-
co completo con una curvatura convexa hacia abajo para llegar a una profundidad 
de 40 cm, asegurándose de sacar toda la papa sin cortarla. El tamiz (figura 6) permi-
te separar la papa de la tierra y dejarla encima del surco para su recolección. Su 
vibración estará sincronizada con la cuchilla. 
 
Figura 6. Cuchilla y tamiz 3D 
 
 
Fuente: Autores. 
 La estructura del mecanismo para la cuchilla es ajustable en altura y, por lo 
tanto, cuenta con posiciones de ajuste diferentes para las ruedas traseras, a fin de 
asegurarse de adaptar la profundidad de corte al surco. Los materiales utilizados 
para las diferentes partes de la máquina dependen de su funcionalidad, de su dis-
ponibilidad en la región y de su precio. 
 
Para el diseño de la estructura se usaron perfiles rectangulares de acero 
lámina HR 1×2 pulgadas de 2 mm de espesor, los cuales están protegidos contra el 
óxido, dadas las condiciones exteriores en las cuales se usará la máquina; son ade-
más resistentes y económicos. La cuchilla es la pieza que más resistencia deberá 
tener, porque aplicará toda la fuerza en contacto directo con la tierra y con las 
posibles rocas, con el fin de cortar el surco. Para obtener una forma curva convexa 
con el objetivo de cortar el surco por debajo de la papa, se decide aprovechar las 
láminas de suspensión de camionetas de 3 mm de espesor, que son muy resisten-
tes y dúctiles. El resto del mecanismo se realiza en acero C40, por su fácil disponibi-
lidad, su bajo precio y su resistencia. 
 
Para determinar la frecuencia adecuada de la cuchilla, se calcularon las re-
laciones de la transmisión por poleas (figura 7), con el propósito de definir los diá-
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metros de poleas necesarios para obtener una vibración de 10 Hz en salida, corres-
pondiente a una velocidad de rotación de la polea que acciona la biela de 600 rpm: 
𝑓(𝐻𝑧) ∗ 60 = 𝑁 (𝑟𝑝𝑚) [1] 
 
10 𝐻𝑧 ∗ 60𝑠 = 600 𝑟𝑝𝑚 [2] 
 Donde: 
f: frecuencia en Hz (𝑠−1). 
N: velocidad de rotación de la polea del sistema de cuchilla y tamiz en rpm 
(revoluciones por minuto). 
 
La velocidad de rotación del engrane de salida de la toma de fuerza es de 
1800 rpm en el régimen de trabajo, por lo que, para obtener la frecuencia requeri-
da, se necesita una relación de transmisión de 1/3: 
 
𝜏 = 
𝑁𝑒 (𝑟𝑝𝑚)
𝑁𝑠 (𝑟𝑝𝑚)
 [3] 
𝜏 = 
1800 𝑟𝑝𝑚
600 𝑟𝑝𝑚
 [4] 
 Donde: 
τ: relación de transmisión (sin unidad). 
𝑁𝑒: velocidad de rotación de la toma de fuerza en rpm. 
𝑁𝑠: velocidad de rotación de la polea del sistema de cuchilla y tamiz 
en rpm. 
 
Para llegar a esta relación de transmisión, se dimensionaron las poleas y 
los engranes entre la salida de la toma de fuerza y la biela, teniendo en cuenta las 
dimensiones normalizadas que se pueden encontrar en el mercado, para reducir 
los costos de fabricación. 
 
 
Figura 7. Transmisión: toma de fuerza 
 
 
 
Fuente: Autores. 
 
 
Duquesne Malsergent, C. J., Ramos Ordóñez, O. G. y Vallejo Benítez, P. C. (2022). https://doi.org/10.21789/22561498.1779 
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 De igual manera, definimos las dimensiones del mecanismo biela manivela 
(figura 8) para obtener un recorrido de la cuchilla de 5 cm, usando el teorema de 
Thales y ajustando su geometría. 
 
Figura 8. Mecanismo de biela manivela: cuchilla y tamiz 
 
 
 
Fuente: Autores. 
 Como se mencionó, la transmisión entre el motor y el mecanismo de biela 
manivela para los movimientos de vibración se propuso mediante el uso de poleas 
con correas, por razones económicas; sin embargo, las condiciones exteriores difíci-
les durante la cosecha, la presencia de tierra húmeda y las vibraciones podrían 
hacer patinar o incluso saltar las correas y, por lo tanto, reducir la confiabilidad del 
sistema, impidiendo el correcto movimiento del sistema de cuchilla. Por lo anterior, 
se optó por una transmisión con engranes, piñones y cadenas desde la toma de 
fuerza del motocultor. 
 
Como siguiente etapa, se realizó el diseño CAD 3D en detalles de la má-
quina con todos sus elementos modelizados, para poder efectuar las simulaciones y 
análisis de elementos finitos necesarios para validar virtualmente su funcionamien-
to antes de empezar la manufactura de sus elementos. La cuchilla está diseñada 
para poder resistir fuerzas de 2000 N, teniendo en cuenta el volumen de tierra 
desplazado en condiciones de lluvia y las posibles piedras que se puedan encontrar 
en el surco. 
 
Gracias al análisis por método de elementos finitos (Finite Element 
Analysis) asistido por computadora, se estima que la cuchilla resistirá con un factor 
de seguridad superior a 2,5 en dichas condiciones (figura 9). 
 
 
 
 
 
 
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Figura 9. Análisis FEA de cuchilla, factor de seguridad 
 
 
 
Fuente: Autores. 
 Las juntas para los movimientos de rotación de los diferentes elementos 
de los mecanismos de la cuchilla y del tamiz se diseñaron con ejes en acero y bujes 
en cobre (figura 10), para reducir la fricción y aumentar la vida útil. Los bloqueos 
axiales se realizan con anillos de sujeción. 
 
Figura 10. Eje de cuchillaFuente: Autores. 
 Con las mismas condiciones de fuerzas aplicadas a la cuchilla, se realiza el 
FEA en el eje, a través de lo cual se comprueba su resistencia con un factor de se-
guridad de 2,4. Asimismo, se aplica el FEA sobre el soporte del motor y se evidencia 
un desplazamiento máximo de 0,047 mm, el cual es insignificante frente a las di-
mensiones del sistema y no tendrá influencia sobre los ajustes de las poleas con las 
bandas para los mecanismos de transmisión. Después de los ajustes realizados, las 
validaciones de resistencia de materiales y de los mecanismos, se desarrolló el 
diseño del prototipo 3D completo final por CAD (figura 11). 
 
 
 
 
 
 
 
 
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Figura 11. Prototipo 3D final 
 
 
 
Fuente: Autores. 
 Para la validación final del diseño de la solución técnica propuesta para la 
tecnificación de la cosecha de papa en el departamento de Nariño, se necesita la 
fabricación del prototipo funcional a escala real, en clave de probarlo en el campo 
junto a los productores y a los expertos, y así comprobar que cumple con todos los 
requerimientos definidos. El alcance del proyecto presentado en este artículo se 
limita a la ejecución del diseño en 3D asistido por computadora con su validación 
virtual y a la generación de planos de manufactura (figura 12). La máquina fue 
diseñada con el objetivo de ser fabricada fácilmente con el uso de recursos y 
materiales disponibles localmente en el departamento. 
 
Figura 12. Plano de ejes y soporte 
 
 
 
Fuente: Autores. 
 
 
 
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Discusión 
El presente proyecto permitió mostrar las capacidades del SENA y de sus 
aprendices para generar tecnologías adaptadas al sector agropecuario del depar-
tamento, teniendo en cuenta los recursos disponibles y utilizándolos de la mejor 
manera para lograr un producto de muy buena calidad. La solución se diseñó con-
siderando los materiales y las máquinas y herramientas disponibles en Nariño, lo 
que permite garantizar su viabilidad y accesibilidad para los productores locales, 
por sus bajos costos de fabricación y mantenimiento, al igual que reducir la huella 
ambiental de su ciclo de vida. 
 
Como resultado adicional, se destaca que el desarrollo de este proyecto de 
investigación reviste un efecto positivo significativo en los procesos de formación 
por proyectos empleados con los aprendices SENA del Centro Internacional de Pro-
ducción Limpia Lope, de los programas de Diseño de Sistemas Mecánicos, Diseño 
de Productos Industriales, Diseño e Integración de Automatismos Mecatrónicos, 
Automatización Industrial, Diseño de Elementos Mecánicos, para su fabricación con 
máquinas herramientas CNC. 
 
La metodología utilizada para la formulación y ejecución quedó plasmada 
en la documentación final del proyecto y podrá ser utilizada como insumo para la 
creación de guías de aprendizaje, dado que en el SENA se imparte una formación 
profesional integral por proyectos, en el marco de la cual se enseña a los aprendi-
ces la formulación y gestión de proyectos de investigación aplicada e innovación, 
en función de que puedan aplicar sus competencias en las empresas de Colombia y 
así aportar a su desarrollo tecnológico y económico. 
 
Adicionalmente, la ejecución de proyectos financiados por el programa 
SENNOVA permite la adquisición de materiales de formación y equipos que contribu-
yen a la dotación de los ambientes del SENA, modernizando así las herramientas 
disponibles para la formación de los aprendices y familiarizándolos con el uso de 
tecnologías actualizadas. Igualmente, con la divulgación de los proyectos realizados 
con la participación de los aprendices, se les aporta reconocimiento y, por lo tanto, 
una mayor empleabilidad; así, se invita a más aspirantes a aprovechar la oportuni-
dad de formarse con el SENA y se les inspira a participar en los programas de semi-
lleros con sus propias propuestas de proyectos. 
Conclusiones 
La divulgación del diseño de la presente máquina representa una oportu-
nidad para impulsar otras investigaciones en el tema, brindar pistas de reflexión 
para otras posibles soluciones para esta problemática o relacionadas, y así contri-
buir a la mejora de las condiciones de vida y de trabajo de los productores de papa 
de Nariño, que tienen la particularidad de tener que laborar en condiciones topo-
gráficas particularmente difíciles en las zonas andinas de nuestra región; por ello, 
se buscó una solución liviana y fácilmente manejable, que se puede usar en peque-
ños cultivos con pendientes importantes. 
 
A partir de la experiencia adquirida y el trabajo realizado, se recomienda 
proyectar las tecnologías diseñadas para su uso en diferentes fases del proceso de 
producción y transformación de la papa, y también para otros tipos de cultivos 
de la región. En esta dirección, se formuló un proyecto de diseño de una sembrado-
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ra de papa utilizando el mismo tren motor que la presente, con el objetivo de ren-
tabilizar el diseño y la compra de la máquina para los agricultores. 
 
La tecnificación de las actividades agrícolas son claves para el desarrollo 
del país, de una manera respetuosa del medio ambiente y sostenible; por lo tanto, 
se recomienda seguir desarrollando proyectos en esta dirección, no limitándose a 
maquinaria agrícola, sino también con el uso de las TIC para el control de condicio-
nes y optimizaciones, el uso de fertilizantes naturales, el aprovechamiento de los 
desperdicios para la generación de energía, entre otros. 
 
Por último, en lo que al SENA concierne como entidad de formación profe-
sional para el trabajo, se recomienda aprovechar estos proyectos como oportuni-
dades para que los aprendices puedan aplicar los conocimientos teórico-prácticos 
que adquieren en el SENA, enfrentarse a problemáticas concretas y contribuir a 
tener un impacto real sobre la sociedad. Este tipo de proyectos también pueden 
evolucionar en ideas de negocios para impulsar a los aprendices a crear sus propias 
empresas, gracias al programa de emprendimiento del SENA, contribuyendo así al 
crecimiento económico del departamento. 
Referencias 
Comisión Regional de Competitividad de Nariño. (2009). Plan Regional de 
Competitividad de Nariño. Pasto: Autor. 
 
Consejo Nacional de la Papa en Colombia. (2015). Papa – Informe diciem-
bre 2015. https://sioc.minagricultura.gov.co/Papa/Documentos/2015-12-30 
 
Corpoica. (2014). En Nariño, Corpoica impulsa el mejoramiento tecnológico 
y productivo del sistema papa. 
https://repository.agrosavia.co/handle/20.500.12324/36692. 
 
Corpoica. (2016). Plan Estratégico de Ciencia, Tecnología e Innovación del 
Sector Agropecuario Colombiano (2017-2027). Bogotá: Corpoica. 
 
Corpoica. (2017). Plan Estratégico de Ciencia, Tecnología e Innovación del 
Sector Agropecuario Colombiano, Departamento de Nariño. Bogotá: Corpoica. 
 
Departamento Administrativo Nacional de Estadística (DANE). (2017). Bole-
tín mensual insumos y factores asociados a la producción agropecuaria. 
http://www.dane.gov.co/index.php/comunicados-y-
boletines/agropecuario/insumos. 
 
Departamento Administrativo Nacional de Estadística (DANE). (2020). Pers-
pectivas territoriales de desarrollo socioeconómico. Pasto: DANE. 
http://www.dane.gov.co/files/investigaciones/planes-desarrollo-
territorial/280120-Info-Regional-Pasto.pdf.Departamento Nacional de Planeación (DNP). (2014). Documento Conpes 
3811. Bogotá: DNP. 
 
Organización de las Naciones Unidas para la Alimentación y la Agricultura 
(FAO). (2008). El estado mundial de la agricultura y la alimentación. Roma: FAO. 
 
Duquesne Malsergent, C. J., Ramos Ordóñez, O. G. y Vallejo Benítez, P. C. (2022). https://doi.org/10.21789/22561498.1779 
Vol. 12 (1) enero – junio del 2022 
 | Revista electrónica editada por la Facultad de Ciencias Naturales e Ingeniería de UTADEO 
FAO. (2017). FAOSTAT - Crops statistics. 
http://www.fao.org/faostat/en/#data/QC. 
 
Federación Colombiana de Productores de Papa (Fedepapa). (2015). In-
forme de gestión anual 2015. 
 
Gobernación de Nariño. (2012). Plan Estratégico de Ciencia, Tecnología e 
Innovación de Nariño. Pasto: Autor. 
 
Gobernación de Nariño. (2019). Plan Departamental de Extensión Agrope-
cuaria del Departamento de Nariño PDEA. Pasto: Autor. 
 
Observatorio Colombiano de Ciencia y Tecnología (OCYT). (2019). Indicado-
res de ciencia y tecnología Colombia 2018. Bogotá: Autor. 
 
Unidad de Planificación Rural Agropecuaria (UPRA). (2016). Cultivo comer-
cial de papa: identificación de zonas aptas en Colombia, a escala 1:100 000. Bogotá: 
UPRA. https://upra.gov.co/documents/10184/13821/Zonificaci%C3%B3n_papa. 
 
Minagricultura. (2018). La producción de papa en 2018 podría llegar 2 mi-
llones 690 mil toneladas. https://www.minagricultura.gov.co/noticias/Paginas/